基于FPGA的平流层飞艇数传系统的设计与实现

目前，平流层飞艇在战场态势感知、情报侦察、电子对抗、遥感对地观测、自然灾害预警预报、中继通信等军用和民用领域具有广阔的应用前景。将飞艇艇上遥测信息通过数传系统传回地面，是实现飞艇各项应用的基础。同时，将艇上图像信息实时传回地面，可以监视飞艇运行状态、姿势等，便于地面及时做出调整和控制，确保飞艇长时间平稳的工作。基于这一目的，在FPGA平台上设计了飞艇遥测数传系统,并给出了各模块的详细设计。该系统已应用于飞艇的飞行实验，实验表明该系统可靠稳定，性能良好。

作为临近空间的主要飞行器的平流层飞艇，由于其在中继通信、导航定位、战略预警、应急预警、遥感观测、情报侦察等领域广泛的应用前景[1] [2] [3]，受到越来越多的关注，美国、日本、韩国、俄罗斯等都对其展开了研究，并进行了相关实验。且相对于其他航天、航空飞行器，飞艇具有成本低、监视范围广、滞空时间长等优点，我国也对其进行了积极的研究。上海交通大学、中科院、航天科工、北京航天航空大学以及中电38 所等国内多个研发单位，从平流层飞艇的通信、遥测遥感、控制等各个方面， 对平流层飞艇进行了可行性验证。

本文设计的数传系统，是飞艇的空地数据通信链路，既可以传递遥测任务数据，又可以传递图像信息，对飞艇的实时监视，控制以及后续数据分析及应用具有十分重要的作用，是飞艇整个系统的关键部分。

2. 飞艇视距测控设备总体设计 飞艇视距测控按功能主要由艇载视距测控设备、地面便携测控设备等两部分组成，如图1 所示。艇载测控设备装载在飞艇上，艇载测控设备主要由数传测控天线、数传测控终端、视频处理机箱等设备组成。飞艇搭载的数传测控设备是飞艇任务的关键设备。主要完成遥测数据、图像数据的接收处理与调制发射任务，同时接收解调与处理后地面设备发射的遥控信号，并将遥控指令发送给艇务计算机和飞控计算机。

地面便携测控设备主要由便携天线、收发组件、数传测控终端、数据处理终端、供电设备等组成。

地面便携测控设备可根据飞艇飞行情况，运输到指定地点，快速展开部署工作。数传测控终端主要完成对飞艇信号跟踪，遥测数传信号接收解调、遥控指令转发、图像数据显示和视距测控设备监视控制等任务。本文主要分析数传测控设备中的数传系统。

数传系统收发原理框图如图2 所示。艇载数传终端通过网络接收图像压缩编码器发送的图像数据进行缓存，同时将从艇务计算机传送来的遥测数据进行缓存，重新组成数传帧进行传输，产生数据码钟， 将数据进行加扰、码型变换，送QPSK 调制模块完成QPSK 调制、D/A 变换、频率变换后输出到天线， 天线将数传信号发送回地面。